低功耗手持多媒體終端硬件平臺(tái)研究[1]

  摘要：通過(guò)選擇低功耗器件，特別是高效率DC/DC變換器，合理進(jìn)行電路板布線，優(yōu)化結(jié)構(gòu)級(jí)設(shè)計(jì)，進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)功率管理，從而延長(zhǎng)電池工作時(shí)間。根據(jù)多媒體終端的要求，選擇了許多新工藝器件，極大地降低了系統(tǒng)功耗。

  關(guān)鍵詞：低功耗 OMAP1510 能源效率 DC/DC變換器

  手機(jī)、PDA等手持設(shè)備對(duì)圖像、音頻處理能力的要求日益提高，同時(shí)要求設(shè)備的體積、重量越來(lái)越小。這些設(shè)備一般靠單節(jié)可充電鋰電池作為電源。因而提高處理能力，降低系統(tǒng)功耗以延長(zhǎng)電池工作時(shí)間是手持設(shè)備的重要研究課題[1]。

  參考文獻(xiàn)[1]討論了低功耗的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，特別強(qiáng)調(diào)減小電容，縮減不必要的開(kāi)關(guān)行為，降低電壓和頻率。外部器件間的連接通常比片上連接電容更大。實(shí)驗(yàn)證明10%～40%的能量消耗在總線多工器驅(qū)動(dòng)器上。應(yīng)減少輸出，盡量使用片上資源。單純降低頻率并不能降低功耗，因?yàn)橥瓿赏瑯拥娜蝿?wù)需要更長(zhǎng)的時(shí)間。降低電壓會(huì)導(dǎo)致性能降低，通過(guò)增加并行器件來(lái)彌補(bǔ)。選擇低電壓的CMOS芯片，芯片內(nèi)各個(gè)功能模塊應(yīng)能分別進(jìn)行低功耗的管理。CMOS器件的功耗主要分兩類：靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。運(yùn)態(tài)功耗依賴于工作頻率，靜態(tài)功耗與工作頻率無(wú)關(guān)。偏置電流（Pb）和泄漏電流（Pl）引起靜態(tài)功耗，短路電流（Psc）和動(dòng)態(tài)功耗（Pd）是由電路的開(kāi)關(guān)行為引起的。器件總功耗P可以表示為：

  P=Pd+Psc+Pb+Pl

  Pd=Caff V2 f

  Ceff= C

  上式中，V和f分別是器件工作電壓和頻率，Ceff是等效的開(kāi)關(guān)電容，C是允放電電容，是活躍性加權(quán)因子，表示電路狀態(tài)發(fā)生改變的概率。CMOS器件功耗的85～90%是動(dòng)態(tài)功耗，而動(dòng)態(tài)功耗與工作電壓的平方成正比。因此選擇低電壓器件能極大地降低功耗。

  1 主處理器選擇

  目前在手持設(shè)備中，主要運(yùn)用ARM處理。ARM處理器的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、功耗小，特別適合各種控制功能[2]。ARM芯片采用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，指令、數(shù)據(jù)地址存儲(chǔ)統(tǒng)一編址，使用單一的32位數(shù)據(jù)總線傳送指令和數(shù)據(jù)。這種體系結(jié)構(gòu)使ARM控制功能較強(qiáng)，媒體處理速度較慢，適合人機(jī)接口和通信協(xié)議。為了提高媒體處理能力，INTEL在PXA250 Xscale芯片上增加了協(xié)處理器，用來(lái)進(jìn)行乘累加。TI的OMAP1510芯片內(nèi)部集成了一個(gè)ARM925核及一個(gè)C55X核。ARM工作頻率高達(dá)175MHz。C55X采用哈佛結(jié)構(gòu)，具有程序總線、三條讀數(shù)據(jù)總線和二條寫數(shù)據(jù)總線。C55X具有兩個(gè)硬件乘累加單元、兩個(gè)ALU，還有用于DCT/IDCT、運(yùn)動(dòng)估計(jì)、1/2像素內(nèi)插的硬件加速器。工作電壓1.6V，視頻高達(dá)到200MHz。C55x指令集從8～48比特，改善了代碼密度，減少了存儲(chǔ)器訪問(wèn)次數(shù)。

[1]  [2]  [3]